¿Cómo es una hipernova? Científicos trazan un modelo con ayuda de una supercomputadora

Hasta ahora, la astronomía sigue guardando muchos secretos a los científicos y uno de ellos es el papel que desempeñaron las supernovas en el universo a comienzos de su vida. Un trío de investigadores intentó encontrar la respuesta a este rompecabezas recurriendo a una simulación por supercomputadora.

En particular, utilizaron la del Centro para Astrofísica Computacional del Observatorio Astronómico Nacional de Japón. Su estudio se enfocó en un tipo particular de supernova llamada hipernova, que es unas 100 veces más poderosa que las explosiones estelares comunes y solo ocurre con astros que tienen entre 130 y 250 masas solares.

Los científicos han estudiado mucho las supernovas. Saben cómo estas forjan elementos más pesados que el hidrógeno y el helio y los expulsan al universo cuando explotan. Pero hay importantes vacíos que tienen que llenarse en nuestro entendimiento de estos procesos estelares, especialmente los que están relacionados con el universo temprano.

Por ello, el equipo de investigadores, liderado por Ke-Jung Chen del Instituto de Astronomía y Astrofísica de Taiwán, quiso estudiar mejor las hipernovas. Creen que este fenómeno podría presentarles pistas sobre las primeras supernovas que se produjeron en el universo y cómo estas participaron en la formación de los primeros elementos.

No es un secreto que en el universo temprano, las estrellas tendían a ser más masivas, así que puede que en aquel entonces se registrasen más hipernovas en el espacio. Ahora, estos fenómenos estelares son extremadamente raros y difíciles de observar. Esta es la razón por la que el equipo de Chen recurrió a simulaciones por supercomputadora.

Con ayuda de una de ellas, los investigadores consiguieron sondear profundamente el núcleo de las hipernovas para ver cómo se veía la estrella 300 días después de que llegase a explotar. Hay dos formas en las que se producen las hipernovas: por colapso del núcleo y por inestabilidad de los pares.

Cuando una supernova surge debido al colapso del núcleo, una estrella masiva llega al final de su vida quedándose sin combustible literalmente. La energía gravitacional hace que su núcleo colapse y esta explote convirtiéndose en una supernova. Dependiendo de la masa de la estrella, esta explosión puede dejar atrás los restos de una estrella de neutrones o un agujero negro.

Una supernova se forma como consecuencia de la inestabilidad de pares cuando en el proceso de su formación participan estrellas extremadamente masivas que pesan entre 130 y 250 masas solares. Estos fenómenos ocurren cuando los electrones y sus contrapartes de antimateria, los positrones, acaban produciéndose dentro del astro. Eso crea la inestabilidad en su núcleo y reduce la presión ejercida por la radiación interna que es necesaria para sostenerla frente a su enorme gravedad. Finalmente, la estrella acaba destruyéndose por una explosión masiva, sin dejar ningún rastro después.

Durante sus simulaciones, el equipo se centró en las supernovas que surgen como resultado de la inestabilidad de pares. Una de las razones de esa elección es la gran cantidad de Níquel-56 que producen. Se trata de un isótopo radioactivo que juega un papel importante en nuestras observaciones de las supernovas.

La descomposición del Ni-56 es lo que crea el resplandor que surge tras una supernova. Sin él, esta explosión estelar sería solo un destello brillante que no deja una luz persistente. Resulta que este isótopo hace más que crear un brillo de larga duración, también desempeña un papel continuo en la explosión y "podría impulsar importantes efectos dinámicos en lo profundo que son capaces de mezclar elementos y afectar las firmas de estos eventos", según dice su estudio publicado por The Astrophysical Journal.

Una hipernova, según los científicos, necesita una estrella progenitora extremadamente masiva, que a veces pesa más de 200 masas solares. Esas explosiones pueden crear una enorme cantidad del Ni-56: entre 0,1 y 30 masas solares de isótopos radioactivos.

Además, los científicos buscaban investigar la "relación que puede haber entre el movimiento del gas y la energía radiante dentro de la supernova". Descubrieron que en la etapa inicial de la descomposición del Ni-56 el gas se expandió calentándose y formó estructuras con cáscaras delgadas.

Explicando uno de los resultados de su simulación, Chen destacó: "la temperatura dentro de esa cáscara de gas es extremadamente alta, a partir de los cálculos concluimos que debería haber ~ 30% de energía utilizada en su movimiento, entonces el ~ 70% de energía restante probablemente puede emplearse para producir la luminosidad. Los modelos anteriores han ignorado los efectos dinámicos gasísticos, por lo que sus resultados (…) fueron todos sobreestimados".

Esta nueva comprensión de la hipernova ayudará a ampliar nuestro conocimiento sobre este fenómeno. Y podría servir de gran apoyo para las futuras observaciones, consideran los científicos.

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